利用水源热泵技术分区集中供冷供热节能示范项目可行性研究报告Word格式文档下载.docx
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环境效益。
经计算,每年可减少CO2排放量8953.47吨,环保效益突出。
综合各主要效益指标,本建设项目在经济性、节能性、环保性等方面的综合效益显著,值得实施与应用推广。
2项目建设重要意义
当今社会,能源危机和环境污染已成为威胁人类生存的头等大事,如何解决这一问题,已成为全人类的课题。
在这种背景下,以节能、环保为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生,而水源热泵系统正是满足这些要求的新兴中央空调系统。
2.1水源热泵技术简介
水源热泵技术是利用地球表面浅层地热资源(如地下水等吸收的太阳能和地热能而形成的低品位热能),基于热泵原理,通过输入少量的高品位电能,实现低品位热能向高品位热能转移的一种技术。
水源热泵中央空调系统是一种既可供热又可供冷的高效节能型系统。
它是由用户系统、热泵主机系统、水源系统三部分组成。
水源热泵中央空调系统组成示意见图2-1。
图2-1水源热泵中央空调系统组成示意
用户系统(室内空气处理末端等):
由用户侧水管系统,循环水泵,水过滤器,静电水处理仪,各种末端空气处理设备,膨胀定压设备及相关阀门配件组成。
热泵主机系统:
由压缩机,蒸发器,冷凝器,膨胀阀,各种制冷管道配件和电器控制系统等组成。
水源系统:
由水源取水装置,取水泵,水处理设备,输水管网和阀门配件等组成。
水源热泵中央空调系统可以实现冬季供热、夏季供冷多功能工况。
(1)在冬季,为用户供热时,水源中央空调系统从水源中提取低品位热能,通过电能驱动的水源中央空调主机“泵”送到高温热源,以满足用户供热需求。
(2)在夏季,水源中央空调将用户室内的余热,通过水源中央空调主机转移到水源中,以满足用户制冷需求。
水源热泵中央空调系统冬夏运行工况示意见图2-2(a)、2-2(b)。
图2-2(a)冬季供热工况原理图
图2-2(b)夏季制冷工况原理图
2.2水源热泵系统的特点
(1)属可再生能源利用技术。
水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。
地表浅层(土壤和水体)是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳辐射能量,比人类每年利用能量的500倍还多(地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量),而且是一个巨大的动态能量平衡系统,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。
这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源,使得水源热泵利用的地能成为清洁的可再生能源的一种形式。
(2)属高效、节能、经济的技术。
浅层地下水温一年四季相对稳定,冬季水体温度远高于室外环境空气温度,夏季水体温度远低于室外环境空气温度,浅层地下水是很好的热泵热源和空调冷源,这种温度特性使得水源热泵比传统空调系统运行效率要高40%,因此要节能和节省运行费用40%左右。
(3)环境效益显著。
水源热泵污染物排放,与空气源热泵相比,相当于减少30%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上,如果结合其它节能措施节能减排效果会更明显。
水源热泵虽然也使用制冷剂,但比常规空调装置减少25%的充灌量。
水源热泵机组没有燃烧,运行时无污染,可以建造在居民区内,且不用远距离输送热量。
(4)运行稳定可靠、高效经济。
地下水体温度一年四季相对稳定,受气候变化影响小,其波动范围远小于空气温度的波动,这就使得即使在室外气候环境恶劣的情况下,地下水源热泵系统仍可以保持良好的工作性能,系统运行稳定、可靠、高效、经济,自动化程度高,运行管理简单,维护费用低。
机组使用寿命长达15年以上。
(5)一机多用、应用范围广。
水源热泵系统可以实现冬季供热和夏季供冷两种运行模式,并且四季皆可产生热水。
一套系统可以代替原来的锅炉和制冷机两套装置,系统简单,没有冷却塔和其它室外设备。
所以,就没有其它冷热源设备集中占地问题,既减少初投资,又节省了建筑面积和地皮,从而产生附加经济效益,并且改善了环境形象,保持建筑外部美观。
各区域能独立选择制冷或供暖,分区灵活,使用方便。
水源热泵系统可广泛应用于住宅、学校、医院、宾馆、商场、办公楼、厂房等各类建筑,特别适合于地下水资源丰富地区。
2.3水源热泵应用国内外现状
国外应用现状。
水源热泵是一种效果显著的节能技术,它的应用发展速度很快。
目前,水源热泵理论与技术均已高度发达,并且在美、法、德、日等国家得以广泛使用。
如美国,截止1998年,水源热泵系统已占空调总保有量的19%,其中新建筑中占30%。
到2001年,每年安装的水源热泵系统已达到14万台,其中,地下水源热泵占15%。
每年减少温室气体排放一百万吨(相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树一百万英亩),年节约能源费用达4.2亿美元。
与美国的水源热泵发展有所不同,中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源,地下土壤埋盘管(埋深<400米)的水源热泵,用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。
据1999年的统计,家用的供热装置中,水源热泵所占比例:
瑞士为96%,奥地利为38%,丹麦为27%。
同时,中、北欧海水源热泵的研究和应用也比较多。
国内应用现状。
目前水源热泵技术在我国的发展呈现出以下特点:
(1)水源热泵技术的应用日益广泛。
水源热泵应用工程项目省、市分布表见表2-1所示;
水源热泵应用工程项目地区分布图见图2-3所示;
水源热泵系统应用在各类建筑的比例见图2-4所示。
(2)水源热泵技术日益受到各级政府重视,把发展水源热泵作为发展经济的一个契机,大力支持水源热泵应用技术方面的研究;
(3)学术交流持续升温,各类水源热泵技术相关的学术交流活动吸引了大量设计、施工、开发。
水源热泵应用工程项目省、市分布表2-1
省份
数量
北京
758
江苏
68
江西
39
福建
20
河北
303
广东
64
贵州
38
广西
18
天津
154
湖北
58
黑龙江
36
重庆
13
辽宁
147
湖南
宁夏
新疆
8
上海
129
吉林
57
西藏
34
青海
7
河南
112
内蒙古
50
山西
28
云南
2
山东
94
浙江
43
四川
25
海南
1
陕西
70
甘肃
安徽
24
总计
2537
图2-3(a)水源热泵应用工程项目数地区分布图
图2-3(b)水源热泵应用工程项目百分比地区分布图
图2-4水源热泵系统应用在各类建筑的比例示意图
人员,大家迫切要求了解相关知识和经验;
(4)水源热泵技术具有显而易见的好处,其理念非常容易为大众所理解和认同,逐渐为普通大众所接受,其发展得到了广大百姓的支持。
2.4项目建设符合国家能源政策要求
可再生能源在建筑中应用的意义。
根据中华人民共和国建设部、财政部二零零六年八月二十八日《建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》(建科[2006]213号),充分认识推进可再生能源在建筑领域规模化应用的重要意义:
(1)推进可再生能源在建筑中应用是贯彻落实科学发展观,调整能源结构,保证国家能源安全的重要举措;
(2)推进可再生能源在建筑中应用是实施国家能源战略的必然选择;
(3)推进可再生能源在建筑中应用是满足能源需求日增长,改善人民生活质量,提高建筑用能效率的现实要求。
可再生能源在建筑中应用的工作目标。
在“十一五”期间,我国可再生能源在建筑中应用取得实质性进展,基本形成相关政策法规、技术标准和技术支撑体系,基本建成与建筑结合的可再生能源自主知识产权技术和材料、产品体系;
预计到“十一五”期末,太阳能、浅层地能应用面积占新建建筑面积比例为25%以上,到2020年,太阳能、浅层地能应用面积占新建建筑面积比例为50%以上。
水源热泵技术是国家二零零六年一月一日颁布实施的《中华人民共和国可再生能源法》中所列的可再生能源技术之一。
本项目建设是#区贯彻实施《建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》的集中体现,也是我省实现国家“十一五”期间可再生能源在建筑中应用工作目标的积极践行者、示范贡献者。
2.5项目建设符合示范区发展规划需要
根据《#城市发展总体规划》(2004~2015),城市发展建设方针如下:
提高城市居住舒适性,用宜人的居住环境吸引人才,完善城市的服务功能、建设设施配套、环境宜人的高质量城市居住区;
新区建设和老区改造相结合,尽可能依托老区既有设施和发展条件,加快新区发展,以农村现代化、城乡一体化为目标。
本项目建设为示范区商品住宅提供了水源热泵中央空调系统,既可冬季供热又可夏季供冷,提高了住房的舒适性和空气品质,提高了住宅的档次和质量,使得商品房的市场竞争力较其他同类商品房有所提高。
虽然商品住宅中央空调系统会增加商品房的销售价格,但是消费者购置该商品房后不需再自行购置安装空调了,而且该系统运行费用比传统采暖和空调方式大大减少,总体来看经济上是合算的,消费者是完全可以接受的。
#区是国家首批农业循环经济试点园区和国家环保卫生城区。
为改善示范区的环境质量,示范区正在大力推行采用清洁能源替代燃煤锅炉;
为解决城乡地区收入偏低人群的供热和制冷问题,必须结合当地的资源情况,寻找廉价环保的能源利用方式,使之既在城乡居民的经济承受能力之内,又满足示范区中长期发展规划的要求。
水源热泵中央空调技术是对可再生水资源能源的循环利用的新技术,比传统空调节能40%、运行成本低,且不污染水、不消耗水,该项技术的应用是循环经济运行模式的示范载体。
因此,在示范区进行水源热泵中央空调工程项目的建设,恰好是充分利用#区丰富的地下水资源,采用经济、节能、环保的水源热泵技术,既可有效解决示范区的居民小区和企事业单位的供热和供冷的需求,又可改善示范区的环境条件,进而促进示范区循环经济试点园区的建设,长远满足示范区可持续发展要求。
3项目建设背景
3.1现有住宅小区冬季供暖现状
#区既有住宅小区12个,建筑总面积73.2万m2。
它包括:
(1)现已采用了集中供热方式的小区:
安居小区、田园小区、神农小区,集中供热小区总建筑面积达32.6万m2,占总面积的44.5%;
(2)正在规划中的集中供热小区:
万安花园小区、金雅都小区,总建筑面积达10.5万m2,占总面积的14.3%;
(3)目前尚无集中供热设施的其它住宅小区,建筑面积达30.1万m2,占总面积的412%。
#区住宅小区集中供热现状统计见表3-1。
#区住宅小区集中供暖现状统计表3-1
序号
小区名称
户数(户)
建筑面积(m2)
有无集中供暖
安居小区
1312
146759
有
田园居小区
1034
120600
3
神农小区
426
58355
4
万安花园
322
35313
规划中
5
金雅都小区
540
70132
6
家美园
93
13624
无
节水灌溉住宅区
98
13069
后稷小区
624
85244
9
家乐园一期
288
39323
10
家乐园二期
42462
11
家和园一期
564
74397
12
家和园二期
234
32938
合并
5857
732216
#区住宅小区集中供暖现状饼图见图3-1。
由以上图表可见,目前#区住宅小区集中供暖覆盖率较低,其值不到45%,若本建设项目的成功实施,可以很好解决#区既有居民小区的冬季供暖问题。
3.2现有集中供热热源状况
(1)燃气轮机热电厂。
#燃机热电厂是我国西部地区第一座利用天然气为燃料,采用燃气轮机蒸汽轮机组联合循环的热电联产的环保型电厂。
该厂是根据省政府的决定,为了解决#农业示范区集中供热问题而投资兴建的,于2001年10月第一期投产发电供热。
规划设计装机容量为110MW,供热规模100吨/小时。
热电厂一期装机容量为54.62MW,年发电量为2.62亿kWh,供热负荷一期平均为313.35GJ/h,供热面积27.71万m2,工业供汽量为50t/h,年供热量92.72万GJ。
(2)南区集中供热中心。
南区供热中心位于示范区南部,新桥路西侧,临近渭河大桥,占地90亩。
供热中心设计规模为145t/h,其中一期为40t/h(2台20t/h蒸汽锅炉),二期为105t/h(3台35t/h蒸汽锅炉)。
项目承建单位为亨通光华制药有限公司,主要是满足亨通光华企业内部用汽,同时兼顾南区企业和生活用热。
目前一期已经投入运营。
3.3现有供热配套设施
(1)热力站。
热力站有住宅小区热力站和企业热力站。
住宅小区热力站1个,即安居工程小区热力站,供热面积34万m2。
企业热力站共有15个,包括:
高速路以南2个,高速路以北、西宝中线以南10个,西宝中线以北2个。
(2)热力管网。
以燃气轮机热电厂为热源的热力管网,由热电厂引出沿五湖路南侧向西至新桥路,在此分为南北两线。
北线干管沿新桥北路东侧绿化带向北敷设至西宝中线,再沿西宝中线北侧之末端热用户,沿途分干支管至各校区及企业单位热力站,蒸汽凝结水管与蒸汽同沟敷设,最远输送距离为2.57km;
南线蒸汽干管至沿新桥南路东侧向南敷设到秦丰农化公司,最远输送距离为2.34km。
管网最大供热半径2.1km,管网总长度9.27km。
以南区供热中心为热源的热力管网,全长1.09km,沿滨河路、安桥路至亨通光华制药厂。
3.4现有集中供热存在问题
(1)居民供热价格。
目前,#区居民小区集中供热采暖价格为4元/m2·
月。
根据示范区热力公司近年的运行情况,当采暖价格达到6元/m2·
月时,才能保证热力公司的收支平衡,所以示范区给热力公司的价格补贴为2元/m2·
对小区既有集中采暖系统而言,一个采暖季示范区需补贴资金4×
2×
32.6=260.8万元,给示范区造成巨大的财政负担。
(2)热电厂亏本运营。
#热电厂是我国西部地区第一座利用天然气为燃料,采用燃气轮机蒸汽轮机机组联合循环的热电联产的环保型电厂。
由于西部地区经济发展相对落后,上网电价相对较低。
虽然在相关部门的协调下#热电厂的上网价格达到0.4元/度(高于西部其它电厂上网价格),但距离其发电成本0.5元/度还有一定的距离,主要是由于天然气发电成本较煤电成本高所致。
热电厂一期工程投产运营至今一直是在亏损的状态下运营,每年平均亏损2000万元,所以热电厂二期工程一直没有启动。
(3)热力公司入不敷出。
#区热力有限公司是示范区集中供热经营单位,目前运营状况很不理想,一直在亏本的状态下经营,2004年亏损367万元,近年来年均亏损400万元。
热力公司购汽价格:
在采暖季为工业87元/吨,民用67元/吨;
在非采暖季87元/吨。
热力公司售汽价格:
在采暖季工业87元/吨,民用67元/吨;
在非采暖季19.2元/吨。
热损耗率为54%左右。
热力公司购售汽经营状况如表3-2。
热力公司购售汽经营状况表3-2
用汽单位
购汽价格
元/吨
售汽价格
营业差额
热耗率
%
采暖季
工业
87
54
民用
67
非采暖季
149.2
62.2
――
从表3-2可以看出,热力公司的购汽和售汽价格,只有在非采暖季的售汽价格高于购汽价格,而且示范区的多数企业不连续用汽,企业用汽量有相对较小,热损耗大,所以造成了热力公司的严重连续亏损状况。
另外,示范区居民集中供热价格是参照西安市集中供热标准制定的价格,一方面由于集中供热没有达到规模效应,热力公司的经营亏损,另一方面是对于供热价格的不认同,认为示范区的集中供热价格相对较高,所以近几年集中供热小区的收费较为困难。
(4)示范区整体供热设施薄弱。
#区新、老城区基础设施差距较大。
示范区新区成立后,城市基础设施建设较为完善,但老城区的基础设施建设相对滞后,尚不具备集中供热的基础设施条件,而且老城区均以煤炭为燃料,空气污染为Ⅱ级。
现有热源(燃机热电厂和南区供热中心)都集中在示范区新区,而且两个供热中心距离相对较近,不能辐射更大的供热面积。
供热管网和其它配套设施也不够完善。
因此,目前#区均采用集中供热方式解决整个示范区的新、老城区居民冬季采暖还存在诸多问题。
3.5解决问题的途径
从现有示范区供热状况来看,在能源种类(天然气)使用上、热源的布局上、供热设施的建设上、整个示范区供热能力上,均存在着不同程度的问题,这些问题困扰着示范区的集中供热,制约着示范区的可持续发展。
在此背景下,根据水源热泵中央空调系统技术特点,结合#区丰富的浅层地下水资源条件,采用水源热泵技术是解决#区供热问题的有效途径。
4项目建设条件
4.1地理位置
#区位于关中平原西部,介于北纬34º
14´
~34º
20´
,东经107º
59´
~108º
08´
之间,东依漆水河与武功为畔,南临渭河与周至为界,西与扶风接壤,北依韦水与扶风、武功相邻,东西长16km,南北宽6.5km,总面积94.18km2。
1997年7月国务院正式批准建立国家级#农业高新技术产业示范区,新城区规划面积22.12km2,下辖县级杨陵区,杨陵区下辖杨村乡、李台乡、大寨乡和五泉镇4个乡(镇)。
4.2自然条件
#区属于暖温带半湿润大陆性季风气候,春暖多风,夏热多暴雨,秋凉多连阴雨,冬寒少雨雪。
年日照时数2163.8小时,日照百分率49%,年总辐射量114.8千卡/平方厘米。
年平均气温12.9℃,最冷月(1月)平均气温-1.2℃,最热月(7月)平均气温26.1℃。
平均早霜期始于11月2日,晚霜终于3月26日,无霜期220天。
年际间气温变化不大,最高年份平均气温13.6℃,最低年份平均气温12.3℃。
年平均降雨量637.6mm,多年平均蒸发量884mm,干燥指数1.38,最大冻土层深度24cm,平均风速2.4m/s,最大风速23m/s(1973年6月4日)。
农业气象灾害主要为干旱。
4.3地形地貌及土壤
#区地势北高南低,坡度平缓,海拔516.4~540.1米。
地貌类型分为漫滩、阶地和黄土台原,由南向北依次为漫滩、一级阶地、二级阶地、三级阶地和黄土台原。
渭河漫滩成带状,沿渭河北侧东西向分布,地势平坦,宽度900~1500m,高度433~437m。
渭河一级阶地呈东西向分布,阶面平坦,宽1000~2000m,阶面高程在435~450m之间;
渭河二级阶地呈东西向分布,阶面宽1700~3000m,阶面高程在440~470m之间;
渭河三级阶地呈东西走向,分布在西卜村—农校—上川口一带,阶地宽度500~1500m,阶面高程460~490m。
黄土台原分布于五泉乡—大寨乡—杨村乡一带,台原面较为平坦,微有起伏,地面高程510~550m。
台原面西北较高,东南较低,坡度为3‰左右。
土壤属娄土,具有保水保肥,抗旱耐涝等特性。
土壤容重1.5t/m3,田间水量24%(重量百分比)。
土壤耕层0~20cm,平均有机质含量1.055%,含氮0.0763%,碱解氮54PPm,速效磷6.82PPm,速效钾216PPm。
4.4水资源状况
地表水的水资源。
项目区有三条过境河流,分别为渭河、漆水河和韦水河。
(1)渭河为黄河水系一级支流,漆水河和韦水河为二级、三级支流。
渭河为区内最大河流,发源于甘肃省渭原县乌鼠山,全长672km,由李台乡永安村入境,至东桥村入武功乞劳村,区内全长5.58km,河床比降1‰,多年平均流量136.5m3/s,最小流量4~5m3/s,平均水深1.3m左右,多年平均流量43.06亿m3。
(2)漆水河发源于麟游县崖头起,由杨村乡桥家底流入境内,区内全长8.45
km,河床比降约5‰,多年平均流量4.15m3/s,1954年最大洪峰1200m3/s,多年平均径流量1.16亿m3。
(3)韦水河发源于凤翔县北老爷岭,全长100多km,由五泉乡曹家村入境,从杨村乡下北杨村汇入漆水河,区内长度24.7km,河流比降27‰,多年平均流量0.46m3/s,1954年最大洪峰413m3/s,年径流量1448万m3。
此外,宝鸡峡渭高干渠、渭惠渠和北干二支渠也流经项目区。
统计资料表明,三条河流多年平均过境径流量为44.36亿m3,但季节变化大,因此地表水的水资源可开发利用的条件差,利用很少。
地下水的水资源。
#多年平均地下水天然资源量为3387.34万m3,其中潜水为2207.84万m3,承压水为1179.50m3,可开采量为3099.76万m3/a。
地下水资源以潜水为主,占地下水资源总量的65%;
可开采量占地下水资源总量的91.5%。
黄土台原潜水埋深80~120m,阶地埋深10~20m,漫滩埋深2~3m。
北部黄土台原年平均潜水补给
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